广角转接镜头及其应用的投影系统的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种广角转接镜头，应用于投影系统，可与主投影镜头配合使用，所述广角转接镜头包括具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜以及具有正光焦度的第四透镜，所述第一、第二、第三及第四透镜分别从投影屏至显示芯片顺序排列，并且均为单透镜，中间通过空气间隔隔开，一共有八个光学表面，三个空气间隔。本发明还涉及一种具有所述广角转接镜头的投影系统。本发明的广角转接镜头具有尺寸小、成本低、畸变小及像方远心等优点。
【专利说明】广角转接镜头及其应用的投影系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种投影显示技术，尤其涉及一种可与主投影镜头配合使用起到增大投影的视场角度功能的广角转接镜头及其应用的投影系统。
【背景技术】
[0002]投影设备在现代文化、商业、娱乐活动中扮演着日益重要的角色。在目前的投影系统中，无论是采用液晶显示器(Liquid Crystal Display, LCD)、娃基液晶(LiquidCrystal on Silicon, LCOS)或者是数字处理(Digital Light Procession, DLP)等投影原理，投影镜头均是其中不可缺少的重要光学部件:光经过反射式或穿透式的光调变装置后，需要经过投影镜头投射至投影屏上成像。
[0003]目前，微型投影产品对投影产品的画面尺寸的要求也逐渐多样化，而传统镜头定焦投影镜头的视场是固定而无法调节，所以需要设计一个广角转接镜头来使视场变宽，就是通过将广角转接镜头附加到主投影镜头上来改变投影视场的大小。然而，现有的广角转接镜头在增加了视场大小的同时，也使的投影系统的畸变和像差相应的增加。从原理上来讲，虽然可以通过更多的透镜数量来校正投影镜头的像差，但是这样的装置制造成本、尺寸和重量也会相应的上升。
【发明内容】
[0004]基于改善以上所述目前投影镜头的缺点，本发明的目的在于提供一种尺寸小、成本低、畸变小及像方远心等优点的广角转接镜头。
[0005]本发明广角转接镜头应用于投影系统，可与主投影镜头配合使用，所述广角转接镜头包括具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜以及具有正光焦度的第四透镜，所述第一、第二、第三及第四透镜分别从投影屏至显示芯片顺序排列，并且均为单透镜，中间通过空气间隔隔开，一共有八个光学表面，三个空气间隔。
[0006]相较于现有技术，本发明的广角转接镜头通过较少的透镜实现了广角转换功能，并且具有尺寸小、成本低、畸变小及像方远心等一系列优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1是本发明的广角转接镜头与主投影镜头组合成投影系统的光学结构图。
[0008]图2是本发明的广角转接镜头与主投影镜头组合成投影系统的各视场芯片面传递函数MTF值，此传递函数值以投影设备投影距离680mm，投影屏幕35寸为判断情况，以投影角度为视场取样。横坐标为空间频率坐标，纵坐标为传递函数MTF值。
[0009]图3是本发明的广角转接镜头与主投影镜头组合成投影系统的O度至42度各视场角在芯片面的光线点列图。
[0010]图4是本发明的广角转接镜头与主投影镜头组合成投影系统的场曲以及畸变图。
[0011]图5是本发明的广角转接镜头与主投影镜头组合成投影系统的垂轴色差图。【具体实施方式】
[0012]现在结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步说明。
[0013]图1是本发明投影系统的光学结构图，如图1所示，投影系统包括主投影镜头11及可以附加在主投影镜头11上的广角转接镜头12、投影屏13以及显示芯片14，显示芯片14的表面是采用数字显示芯片DMD模块。本实施例中的主投影镜头11的结构是示例性的，且主投影镜头11并不限于本实施例中的结构。
[0014]如图2所示，广角转接镜头12包括具有负光焦度的第一透镜121、具有负光焦度的第二透镜122、具有正光焦度的第三透镜123以及具有正光焦度的第四透镜124。第一、第二、第三、第四透镜121、122、123、124分别从投影屏13至显示芯片14方向顺序排列，并且这四个透镜121、122、123、124都是单透镜，中间通过三个空气间隔隔开，一共有八个光学表面1、2、3、4、5、6、7、8。其中，第一透镜121为弯月形状，并且凸面I是朝向投影屏13方向。第二透镜122为平凹负光焦度透镜，凹面4朝向光阑15方向，这样的结构使得广角大口径的光线走向能够合理平滑，转折角度不至于太剧烈从而产生高级像差，并且具有较小的公差敏感性。第三透镜123为弯月正光焦度透镜，第三透镜123接前面两个负透镜121、122，将光线角度进一步缩小，并且第三透镜123的朝向投影屏13方向的表面5的曲率半径会小于朝向光阑15方向的表面6。
[0015]根据本实施例的广角转接镜头12实现了增大投影角度，并且有效了控制了因为投影视场增大而严重的像差以及畸变的影响。
[0016]根据本发明实施例的广角转接镜头12满足下面不等式:
VD2 ≥ 45 (I)
其中VD2是第二透镜122的阿贝数。当作为负透镜的第二透镜122选择材料的阿贝数大于45的时候，可以有效的补偿大视场下的色差。
[0017]根据本发明实施例的广角转接镜头12满足下面不等式:
1.5 ≤(rl+r2)/(rl-r2)≤ 2.45 (2)
其中，rl是第一透镜121靠近投影屏13的曲率半径，r2是第一透镜121靠近显示芯片14的曲率半径。
[0018]不等式(2)限定了第一透镜121的形状，这样的形状，使得大角度光学进入镜头的时候可以比较平滑。
[0019]另外，根据本发明实施例的广角转接镜头12还满足下面不等式:
0.53 ≤ WEFL/MEFL ≤ 0.7 (3)
其中，MEFL是主投影镜头11的有效焦距，WEFL是主投影镜头11与广角转接镜头12的组合焦距。
[0020]不等式(3)限定了主投影镜头11的视场被广角转接镜头12改变的程度，WEFL/MEFL的比值越小，则改变的程度越大，这个时候大视场引入的像差影响也越严重，为了校正大视场像差需要相应引入更多的变量，从而需要增加镜头的数量，使系统更加复杂，使广角转接镜头12的结构也变的更大、更重。
[0021]在本实施例中，广角转接镜头12的第一透镜121使用了非球面，使用以下公式表征非球面面型:
【权利要求】
1.一种广角转接镜头，应用于投影系统可与主投影镜头配合使用，包括具有负光焦度的第一透镜、具有负光焦度的第二透镜、具有正光焦度的第三透镜以及具有正光焦度的第四透镜，所述第一、第二、第三及第四透镜分别从投影屏至显示芯片顺序排列，并且均为单透镜，中间通过空气间隔隔开，一共有八个光学表面，三个空气间隔。
2.如权利要求1所述的广角转接镜头，其特征在于:所述第一透镜为弯月形状，并且凸面是朝向投影屏方向，第二个透镜为平凹负光焦度透镜，凹面朝向光阑方向，因而使得广角大口径的光线走向能够合理平滑，转折角度不至于太剧烈从而产生高级像差，并且具有较小的公差敏感性。
3.如权利要求2所述的广角转接镜头，其特征在于:所述第三透镜为弯月正光焦度透镜，该第三透镜接前面第一、第二透镜，将光线角度进一步缩小，并且第三透镜的朝向投影屏方向的表面的曲率半径会小于朝向光阑方向的表面。
4.如权利要求3所述的广角转接镜头，其特征在于:所述第四透镜为平凸正光焦度透镜，凸面朝向投影屏，平面朝向光阑。
5.如权利要求1所述的广角转接镜头，其特征在于:所述广角转接镜头满足下面不等式:VD2≥45，其中VD2是第二透镜的阿贝数，当作为负透镜的第二透镜选择材料的阿贝数大于45的时候，可以有效的补偿大视场下的色差。
6.如权利要求1所述的广角转接镜头，其特征在于:所述广角转接镜头满足下面不等式:1.5 <≤rl+r2)/(rl-r2)≤2.45，其中，rl是第一透镜的靠近投影屏的曲率半径，r2是第一透镜靠近显示芯片的曲率半径，不等式限定了第一透镜的形状，这样的形状，使得大角度光学进入镜头的时候可以比较平滑。
7.如权利要求1所述的广角转接镜头，其特征在于:所述广角转接镜头满足下面不等式:0.53 ≤WEFL/MEFL ≤0.7，其中，MEFL是主投影镜头的有效焦距，WEFL是主镜头与广角转接镜头的组合焦距，不等式限定了主投影镜头的视场被广角转接镜头改变的程度，WEFL/MEFL的比值越小，则改变的程度越大。
8.如权利要求1所述的广角转接镜头，其特征在于:所述各透镜的材料安排如下:第一透镜采用PMMA光学树脂材料；第二透镜采用高折射率、高阿贝数的火石玻璃，其中高折射率使透镜的表面弯曲不至于太小，处于合理范围，高阿贝数使得负光焦度第二透镜可以有效校正色差。
9.如权利要求8所述的广角转接镜头，其特征在于:所述第三透镜采用高折射率的火石玻璃，使玻璃表面曲率合理；第四透镜采用低折射率高阿贝数冕牌玻璃，进一步优化色差。
10.一种投影系统，包括一个主投影镜头、与主投影镜头配合使用的如权利要求1所述的广角转接镜头、投影屏以及显示芯片。
【文档编号】G02B1/00GK103837960SQ201210472394
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2012年11月20日 优先权日:2012年11月20日
【发明者】张品祥, 程琳 申请人:上海三鑫科技发展有限公司